基于精益生產(chǎn)的采煤機綜合效率提升研究

劉光 LIU Guang

（山東能源集團西北礦業(yè)有限公司，西安 710018）

0 引言

煤礦是資源密集型企業(yè)，關鍵設備的效率直接制約著生產(chǎn)的有序進行。采煤機是煤礦企業(yè)最核心的設備之一，存在著生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)能力發(fā)揮不足的問題。因此，研究采煤機生產(chǎn)效率的提升對提高煤炭企業(yè)生產(chǎn)能力具有重要意義。本文選擇X 礦采煤機為主要研究對象，對采煤機的綜合設備效率展開研究，對其綜合設備效率給出界定，掌握采煤機的使用狀態(tài)與存在的問題，對采煤機的各項綜合設備效率指標進行系統(tǒng)分析，找出影響采煤機設備綜合效率提高的因素并有針對性地進行改善，在不增加較大投入的前提下，以最小的成本提高采煤機的綜合設備效率，為煤炭企業(yè)設備綜合效率的評價與提高提供參考。

1 X 礦采煤機生產(chǎn)流程簡介

X 礦5301 工作面采煤機采用走向長壁后退式采煤法，綜合機械化放頂煤回采工藝組織回采，全部垮落法管理頂板，使用MG400/930-WD 型電牽引雙滾筒采煤機雙向割煤和支架尾梁插板伸縮擺動放頂煤。采煤機進刀采用端部自開缺口、斜切進刀的方式，進刀深度0.6m，斜切進刀段長度為45m。當采煤機割透端頭煤壁后，前滾筒下降，后滾筒上升，反向沿輸送機彎曲段割入煤壁，直至進入直線段，達到正常截割深度（0.8m）；待進刀段推直前部輸送機后，調(diào)換滾筒位置，反向割三角煤至端頭；再調(diào)換滾筒位置，清理進刀段浮煤，并開始正常割煤。每割一個循環(huán)為兩刀，每刀進尺0.6m，一個循環(huán)1.2m，每個循環(huán)可以劃分為十二個階段，如圖1 所示。

圖1 采煤機生產(chǎn)流程分階段示意圖

2 采煤機設備綜合效率的定義與計算

在煤礦井下，采煤機所生產(chǎn)的產(chǎn)品就是其所截割的煤炭，其質(zhì)量主要由地質(zhì)狀況和先天賦存條件所決定，也就沒有合格品率的問題，因此現(xiàn)有的設備綜合效率的定義與計算方法無法解決采煤機設備綜合效率（OEE）問題，而煤炭行業(yè)屬于高危行業(yè)，安全問題是影響煤炭企業(yè)的首要因素，一旦出現(xiàn)安全問題或者違反《煤礦安全規(guī)程》的問題必須停機，此時的設備綜合效率一定為零[1-2]。因此，基于OEE 與TEEP 的定義，將采煤機的設備綜合效率（S-OEE）定義為基于安全生產(chǎn)前提下設備在日歷時間內(nèi)發(fā)揮的綜合效率，其中S-OEE 的S 表示采煤機（Shearer）和安全生產(chǎn)（Safety Production）。即：

S-OEE=設備利用率×開機率×負荷率采煤機設備綜合效率的具體計算模型（S-OEE）如圖2 所示。

圖2 采煤機設備綜合效率計算模型（S-OEE）

在該模型中：

①設備利用率反映的是扣除計劃停機和外部影響停機的計劃生產(chǎn)時間與日歷時間的比值，設備利用率=計劃生產(chǎn)時間/日歷時間=B/A。

②開機率反映的是在計劃生產(chǎn)時間內(nèi)故障、設備調(diào)整和煤倉無煤造成的時間損失程度，開機率=實際生產(chǎn)時間/計劃生產(chǎn)時間=C/B。

③負荷率反映的是設備運行中速度、性能造成的損失程度，負荷率=實際產(chǎn)出/理論產(chǎn)出=D/C。

3 采煤機設備綜合效率現(xiàn)狀

首先對X 礦5301 工作面采煤機20XX 年全年相關數(shù)據(jù)進行歸納、梳理，然后對設備利用率、開機率、負荷率進行計算，最終得出S-OEE，如圖3 所示。

圖3 采煤機設備綜合效率（S-OEE）現(xiàn)狀示意圖

由圖3 可知，20XX 年1-12 月中5301 工作面采煤機的設備利用率為77%，其中礦外影響占168 小時，預防性檢修為366 小時，日常檢修每天4 小時全年共計1460 小時；開機率為83%，其中由于設備故障（包括運輸、主井提升等其他系統(tǒng)故障造成采煤機停機）占765 小時，輔助生產(chǎn)、非設備停機造成的影響為390 小時；負荷率為88%，其中由材料配件等因素造成的速度損失為292 小時。SOEE=設備利用率×開機率×負荷率=56%，而國際標桿企業(yè)的采煤機設備綜合效率為66%，低于國際標桿企業(yè)。

3.1 采煤機設備綜合效率關鍵影響因素的識別

3.1.1 流程分析

根據(jù)采礦流程進行梳理，選用從人機料法環(huán)等方面利用頭腦風暴法進行因果分析[3]，因果圖如圖4 所示。

圖4 魚骨圖

由圖4 魚骨圖分析可知，在采煤機生產(chǎn)過程中，不同班組生產(chǎn)效率差異的主要原因是：檢修時間長、作業(yè)不規(guī)范、人員組織銜接不緊密、崗位配合度差、采煤機速度慢，這些因素直接影響了設備的負荷率。

3.1.2 節(jié)拍分析

由于煤炭行業(yè)不同于一般制造業(yè)，具有其明顯的行業(yè)特點，因此，本文定義工序節(jié)拍為：截割一米煤炭或移動一米距離所用的時間（單位：分鐘/米）。對工序節(jié)拍的分析，本文以綜采第三班組采煤機割煤的一個循環(huán)為例進行分析，如表1 所示。

表1 節(jié)拍分析表

由表1 可知，影響節(jié)拍速度的因素（也就是影響采煤機循環(huán)時間的因素）是移溜頭、前移端頭處支架和移溜尾、前移端頭處支架。這兩個階段移動一米距離所用的時間最長，每個人的平均工作時間也長，造成停機等待現(xiàn)象，也就影響了設備的負荷率。

3.1.3 均衡生產(chǎn)分析

本文定義均衡生產(chǎn)為各工序或設備能力相互匹配的一致性，同時，本文的研究對象為5301 綜采工作面的采煤機，而采煤機的下一個工序是刮板輸送機運輸采煤機截割下來的煤炭，因此本文在進行均衡生產(chǎn)分析時，重點分析采煤機內(nèi)部設備能力和采煤機與下一工序間能力相互匹配的一致性，如刮板輸送機輸送能力與采煤機割煤能力的匹配。

通過咨詢現(xiàn)場技術(shù)人員并使用5W1H[4]提問技術(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)以下問題；

①采煤機平均產(chǎn)量為6.3t/min，最大產(chǎn)量為7.6t/min，而刮板輸送能力為500t/h，即8.3t/min，刮板輸送機輸送能力大于采煤機割煤產(chǎn)量，存在能力匹配不一致問題，雖然不會影響采煤機的負荷率，但影響刮板輸送機的負荷率，造成整個生產(chǎn)系統(tǒng)的不均衡。

②檢修環(huán)節(jié)組織不緊密，采煤機檢修時間與主運系統(tǒng)檢修時間存在差異，由于主運系統(tǒng)檢修未完成而造成采煤機檢修完成后停機等待，影響了采煤機的開機率，如圖5 所示。

圖5 采煤機與主運系統(tǒng)檢修時間對比圖

3.2 關鍵影響因素

通過流程程序分析、節(jié)拍分析、均衡生產(chǎn)分析等方法，實現(xiàn)了對影響采煤機設備綜合效率的關鍵因素識別。關鍵影響因素有：檢修時間長、設備故障高、非設備停機（如領導檢查）、短暫停機等待、作業(yè)不規(guī)范、人員組織銜接不緊密、生產(chǎn)流程不科學、崗位配合度差。其中：影響能力利用率的是：檢修時間長等因素。影響開機率的是：設備故障高、非設備停機（如領導檢查）等因素。影響負荷率的是：生產(chǎn)流程不科學、短暫停機等待、人員組織銜接不緊密/崗位配合度差/作業(yè)不規(guī)范等因素。

4 采煤機設備綜合效率的提升研究

4.1 實施“3+X”柔性檢修計劃

針對檢修時間長的問題，對采煤機實施“3+X”柔性檢修計劃。采煤機每天按照3 小時檢修安排，以3 天為一個小周期，每個小周期內(nèi)安排一次5 小時檢修；每10 天為一個大周期，每個大周期內(nèi)安排一次7 小時檢修；每個月根據(jù)情況安排一次12-16 小時的預防性檢修。月增加計劃生產(chǎn)時間約14 小時，如圖6 所示。

圖6 “3+X”柔性檢修示意圖

4.2 優(yōu)化并行檢修作業(yè)流程

采用“ECRS”工業(yè)工程分析方法，對采煤機并行檢修作業(yè)流程進行優(yōu)化，特別是對停機檢修流程進行了取消、合并、重排、簡化，并制定采煤機檢修組織流程，減少計劃檢修時間，增加計劃生產(chǎn)時間[5]。

4.3 開機率的提升

①建立設備24 小時點檢作業(yè)機制，形成“三位一體”的點檢管理制度。“三位一體”即崗位工點檢、維修工點檢、專職點檢員巡檢，做到班班有人點檢，任務明確，實現(xiàn)檢修班檢修工點檢，生產(chǎn)班崗位工/操作工點檢，使設備24 小時內(nèi)處于受控狀態(tài)，做到及時發(fā)現(xiàn)隱患及時處理，確保設備故障消滅在萌芽狀態(tài)，點檢項目及內(nèi)容如圖7 所示。

圖7 點檢項目及內(nèi)容

②建立設備故障分析制度。通過對設備運行數(shù)據(jù)進行整理分析，按照故障類型進行分類，對影響設備故障率偏高的原因進行分析，并進行月度分析總結(jié)，有針對性地制定檢修計劃，做設備維護保養(yǎng)，為科學檢修提供精確指導。

③建立突發(fā)故障應對機制。規(guī)范突發(fā)故障維修作業(yè)流程和長時間故障處理流程，指導相關人員正確應對采煤機突發(fā)故障、長時間故障，進而快速排除故障。突發(fā)故障維修作業(yè)流程如圖8 所示。

圖8 突發(fā)故障維修作業(yè)流程

4.4 負荷率的提升

①針對生產(chǎn)流程不科學、短暫停機等待等問題，通過5W1H 提問技術(shù)和ECRS 原則結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實踐對采煤機生產(chǎn)流程進行優(yōu)化。②針對人員組織銜接不緊密/崗位配合度差/作業(yè)不規(guī)范的問題，在實際優(yōu)化過程中對部分人員組織、崗位進行優(yōu)化后又會產(chǎn)生新的問題，從標準化的角度入手，針對每個崗位的特點制定標準化崗位說明書，規(guī)范作業(yè)流程，不斷提高人員組織銜接程度與崗位配合度。

5 提升后的設備綜合效率

針對影響采煤機設備綜合效率的關鍵因素進行提升，采煤機的設備利用率、開機率、負荷率、設備綜合效率均得到有效提高。由圖9 可知，改善之前的設備利用率為77%，除去20XX 年2 月因春節(jié)期間集團公司統(tǒng)一停產(chǎn)放假5 天造成利用率下降外，設備利用率一直呈上升狀態(tài)，且20XX 年1-4 月設備利用率均值為77%；開機率變化最明顯，由改善之前的83%提升至88%，且開機率最高值在20XX 年3 月達到90%；負荷率提升相對較小，由改善之前的88%提升至89%，設備綜合效率（S-OEE）由改善前的56%提升至60%。

圖9 20XX 年1-4 月采煤機S-OEE

6 總結(jié)

①通過實施全員設備維護降低設備故障率、科學現(xiàn)場跟班檢查減少非設備停機時間等措施，采煤機的開機率提升5%；②通過優(yōu)化采煤機生產(chǎn)流程、規(guī)范作業(yè)流程提高崗位配合度的措施，采煤機的負荷率提升1%；③在設備利用率持平、開機率提升5%、負荷率提升1%的情況下，采煤機的設備綜合效率提升4%。